中国科学报：“天河”如何重返世界第一

天河二号超级计算机系统

2010年11月16日，中国的天河一号在世界500强超级计算机中排名第一。然而，仅仅八个月后，日本和美国的超级计算机“将天河一号推出了擂台”2013年6月17日，世界500强超级计算机排名第41位发布。天河二号再次以每秒5.49亿次的峰值速度成为最快的超级计算机。

我们的记者钟华通讯员王站稳·姜自成

6月17日下午，湖南长沙，国防科技大学计算机科学学院天河大厦一楼。一台占地720平方米的“黑巨人”——天河二号超级计算机，像往常一样静静地执行着它的计算任务。黑色面板上无数束蓝光随着电脑的操作跳跃闪烁，从远处看就像一个明亮的星系。

与此同时，在德国东部城市莱比锡举行的2013年国际超级计算大会上，“黑色巨人”引起了全世界的关注。

同一天，世界500强超级计算机正式公布了世界500强超级计算机的第41位排名。国防科技大学开发的天河二号超级计算机以每秒5.49亿次的峰值计算速度和每秒3.39亿次的连续计算速度成为世界上最快的超级计算机和世界领先的综合技术。这也是在天河一号之后，中国的超级计算机重新获得了世界第一的桂冠。

从黑马到世界领袖

早在2010年11月16日，国防科技大学开发的天河一号在世界500强超级计算机中排名第一。中国人第一次站在超级计算机世界锦标赛的讲台上。

然而，八个月后，一台名为“京”的日本超级计算机将天河一号推下了冠军宝座。从那以后，美国开发的“红杉”和“泰坦”超级计算机在世界上排名第一，天河一号下滑到第八位。

来自国外媒体的各种质疑纷至沓来:“天河一号只是一匹黑马”，“中国领先的超级计算技术在世界上只是昙花一现”。

面对世界超级计算机行业的激烈竞争，2011年12月，国防科技大学天河团队开始着手解决新一代超级计算机的关键技术。这一次，他们的目标是1亿台次超级计算机，也就是说，他们的计算能力是天河一号的10倍。

现在，新诞生的天河二号不仅远远领先于天河一号，还远远领先于前世界冠军泰坦超级计算机。天河二号的速度是“泰坦”的两倍，密度是“泰坦”的2.5倍，但体积却小了15%。

天河二号的创新突破始于天河一号的优势和劣势。“这是一个自我反思和自我超越的过程。”天河二号项目副主任研究员李楠告诉《中国科学》。

世界500强组织专家、田纳西大学教授杰克·东加拉对天河二号评论道:“中国元素和技术越来越多。”此外，天河二号的系统设计已经成为超级计算机的一个重要流派，引领着世界超级计算机的发展趋势。

需求驱动技术创新的应用

架构是高性能计算机的“肌肉和骨骼”。在天河一号的开发过程中，国防科技大学的研究人员率先在世界范围内推出了CPU+GPU的异构融合计算架构。“这种结构的最大优点是实现了超级计算机的低成本、低能耗和高性能。”李楠说:“但是当天河一号投入使用时，GPU的弱兼容性也给用户带来了一个小问题。”

“天河一号为国内外600多名用户提供超级计算服务，但有些用户的软件与之不兼容，培训相关人员和学习编程需要相当长的时间，”天河一号所在的国家超级计算中心主任、天河二号副设计师朱小倩研究员说。

天河二号团队设计的“异构多态架构”不仅继承了1号CPU与加速器相结合的传统，而且增加了兼容性，实现了与客户软件的“无缝对接”。李楠解释道:“这意味着英特尔芯片上使用的所有软件都可以在天河二号上快速运行，无需额外编程。”

“与美国和日本的超级计算机不同，中国的超级计算机是一个公共应用平台，不仅用于解决科学研究问题，还关系到国家经济建设和社会发展。”“天河二号主要用于大科学、大工程、产业升级和信息建设领域，”天河二号项目总指挥兼总设计师廖湘科研究员说。这就要求天河二号具备更高效的大数据处理能力、更高的吞吐量和更高水平的信息安全服务。"

事实上，天河二号的几项领先的国际创新亮点:异构多态架构、微异构计算阵列、高速互联和新一代高性能通用处理器腾飞-1500都是由应用需求驱动的技术创新。

“我们不仅应该开发世界上性能最高的超级计算机，还应该开发稳定、可靠和广泛使用的超级计算机，这一直是我们的目标。”朱小倩说。

科学的“人工制品”离我们的生活不远。

据《中国科学》记者报道，广州超级计算中心的东道主天河二号将于今年下半年在广州落户。届时，天河二号将在生物医学、新材料、工程设计和模拟分析、天气预报、气候模拟和海洋环境研究、数字媒体和动画设计、智慧城市、电子商务、云计算和大数据分析等诸多领域提供高效服务。以基因分析为例，华大基因利用自己的计算机系统，用一年时间完成的500人规模的全基因组信息关联分析，在天河二号上只需3小时就能完成。

巨大、神秘而深刻，这可能是公众对超级计算机的印象。然而，在李楠看来，超级计算机不仅是科学家探索未知世界和预测未来的神奇工具，也是与我们生活密切相关的“人工制品”。

“多彩而强大的纳米材料服装、优质而高产的食品、更有营养的食品、智能城市交通管理，以及许多你以前只能在科幻电影中看到的智能城市场景，所有这些梦想都可以在天河二号的帮助下实现。”李楠说。

中国科学新闻(2013-06-18，第一版集锦)